Поруч із коефіцієнтом згасання ОВ найважливішим параметром є дисперсія, що визначає його пропускну здатність передачі інформації.

Дисперсія –це розсіювання в часі спектральних та модових складових оптичних оптичного сигналу, які призводять до збільшення тривалості імпульсу оптичного випромінювання при розповсюдженні його ОВ.

Поширення імпульсу визначається як квадратична різниця тривалості імпульсів на виході та вході оптичного волокна за формулою:

причому значення беруться лише на рівні половини амплітуди імпульсів (рисунок 2.8).

Малюнок 2.8

Рисунок 2.8 – Поширення імпульсу за рахунок дисперсії

Дисперсія виникає з двох причин: некогерентність джерел випромінювання та існування великої кількості мод. Дисперсія, спричинена першою причиною, називається хроматичною (частотною) , вона складається з двох складових – матеріальної та хвилеводної (внутрішньомодової) дисперсій. Матеріальна дисперсія обумовлена ​​залежністю показника заломлення від довжини хвилі, хвилеводна дисперсія пов'язана із залежністю коефіцієнта поширення від довжини хвилі.

Дисперсія, спричинена другою причиною, називається модовою (міжмодовою).

Модова дисперсіявластива лише багатомодовим волокнам і зумовлена ​​відмінністю часу проходження мод з ОВ від його входу до виходу. У ВВ зі ступінчастим профілем показника заломленняшвидкість поширення електромагнітних хвильз довжиною хвилі однакова і дорівнює: , де - швидкість світла. В цьому випадку всі промені, що падають на торець ОВ під кутом до осі в межах апертурного кута поширюються в серцевині волокна по своїх зигзагоподібних лініях і при однаковій швидкості поширення досягають приймального кінця в різний часщо призводить до збільшення тривалості прийнятого імпульсу. Оскільки мінімальний час поширення оптичного променя має місце при падаючому промені , а максимальне при , то можна записати:

де L - Довжина світловода;

Показник заломлення серцевини ВВ;

С – швидкість світла у вакуумі.

Тоді значення міжмодової дисперсії дорівнює:

Модова дисперсія градієнтних ВВна порядок і нижче, ніж у ступінчастих волокон. Це зумовлено тим, що за рахунок зменшення показника заломлення від осі ОВ до оболонки швидкість поширення променів уздовж їхньої траєкторії змінюється. Так, на траєкторіях, близьких до осі, вона менша, а віддалених більше. Промені, що поширюються найкоротшими траєкторіями (ближче до осі), мають меншу швидкість, а промені, що розповсюджуються по більш протяжних траєкторіях, мають велику швидкість. В результаті час розповсюдження променів вирівнюється, і збільшення тривалості імпульсу стає менше. При параболічному профілі показника заломлення, коли показник ступеня профілю q=2, модова дисперсія визначається виразом:

Модова дисперсія градієнтного ОВ у раз менша, ніж ступінчастого при однакових значеннях . Оскільки зазвичай , то модова дисперсія зазначених ОВ може відрізнятися на два порядки.

У розрахунках при визначенні модової дисперсії слід мати на увазі, що до певної довжини лінії званої довжиною зв'язку мод, немає міжмодового зв'язку, а потім відбувається процес взаємного перетворення мод і настає режим, що встановився. Тому при дисперсія збільшується за лінійним законом, а потім, за - за квадратичним законом.

Таким чином, наведені вище формули справедливі лише для довжини . При довжинах ліній слід скористатися такими формулами:

- для східчастого світловоду

- для градієнтного світловоду,

де - Довжина лінії;

Довжина зв'язку мод (встановленого режиму), рівна км – для ступінчастого волокна та км – для градієнтного (встановлено емпіричним шляхом).

Матеріальна дисперсіязалежить від частоти (або від довжини хвилі) і матеріалу ОВ, як який, як правило, використовується кварцове скло. Дисперсія визначається електромагнітною взаємодією хвилі із зв'язаними електронами матеріалу середовища, яке носить, як правило, нелінійний (резонансний) характер.

Виникнення дисперсії в матеріалі світловоду навіть для одномодових волокон обумовлено тим, що оптичне джерело, що збуджує волокно (світловипромінюючий діод - СІД або напівпровідниковий лазер ППЛ) формує світлове випромінювання, що має безперервний хвильовий спектр певної ширини (для СІД це приблизно нм, для багато для одномодових лазерних діодів нм). Різні спектральні компоненти світлового випромінювання поширюються з різними швидкостями і в певну точку у різний час, приводячи до розширення імпульсу на приймальному кінці і, за певних умов, до спотворення його форми. Показник заломлення змінюється від довжини хвилі (частоти), при цьому рівень дисперсії залежить від діапазону довжин хвиль світла, введеного в волокно (зазвичай джерело випромінює кілька довжин хвиль), а також від центральної робочої довжини хвилі джерела. В області I вікна прозорості – довші хвилі (850нм) рухаються швидше порівняно з більш короткими довжинами хвиль (845нм). В області III вікна прозорості ситуація змінюється: більш короткі (1550нм) рухаються швидше порівняно з довшими (1560нм). Малюнок 2.9

Малюнок 2.9 – Швидкість поширення довжин хвиль

Довжина стрілок відповідає швидкості довжин хвиль, довша стрілка відповідає більш швидкому руху.

У певній точці спектра відбувається збіг швидкостей. Цей збіг у чистого кварцового скла відбувається на довжині хвилі нм, яка називається довжиною хвилі нульової дисперсії матеріалу, так як . При довжині хвилі нижче довжини хвилі нульової дисперсії параметр має позитивне значення, інакше - негативне. Малюнок 2.10

Матеріальну дисперсію можна визначити через питому дисперсію за виразом:

.

Величина - питома дисперсія, що визначається експериментальним шляхом. При різних складах легуючих домішок ОВ має різні значення залежно від (таблиця 2.3).

Таблиця 2.3 - Типові значення питомої матеріальної дисперсії

Хвильоводна (внутрішньомодова) дисперсія –цим терміном позначається залежність затримки світлового імпульсу від довжини хвилі, пов'язана із зміною швидкості його поширення у волокні через хвилеводний характер поширення. Поширення імпульсів, обумовлене хвилеводною дисперсією, аналогічно пропорційно ширині спектра випромінювання джерела і визначається як:

,

де - Питома хвилеводна дисперсія, значення якої представлені в таблиці 2.4:

Таблиця 2.4

- Зумовлена ​​диференціальною груповою затримкою між променями з основними станами поляризації. Розподіл енергії сигналу за різними станами поляризації повільно змінюється з часом, наприклад, внаслідок зміни температури довкілля, анізотропія показника заломлення, спричинена механічними зусиллями

В одномодовому волокні поширюється не одна мода, як вважається, а дві перпендикулярні поляризації (моди) вихідного сигналу. В ідеальному волокні ці моди поширювалися з однаковою швидкістю, проте реальні волокна мають ідеальну геометрію. Головною причиною поляризаційної модової дисперсії є неконцентричність профілю серцевини волокна, що виникає в процесі виготовлення волокна та кабелю. У результаті дві перпендикулярні поляризаційні складові мають різні швидкості поширення, що призводить до дисперсії (рис. 2.11).

Малюнок 2.11

Коефіцієнт питомої поляризаційно-модової дисперсії нормується для 1км і має розмірність . Величина поляризаційно-модової дисперсії розраховується за такою формулою:

Через невелику величину її необхідно враховувати виключно в одномодовому волокні, причому коли використовується передача високошвидкісного сигналу (2,5Гбіт/с і вище) з дуже вузькою спектральною смугою випромінювання 0,1нм і менше. У цьому випадку хроматична дисперсія стає порівнянною з модичним поляризаційною дисперсією.

Коефіцієнт питомої ПМД типового волокна, як правило, становить .

Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ) давно займають одну з провідних позицій на ринку телекомунікацій. Маючи ряд переваг перед іншими способами передачі інформації (кручена пара, коаксіальний кабель, бездротовий зв'язок ...), ВОЛЗ широко використовуються в телекомунікаційних мережах різних рівнів, а також у промисловості, енергетиці, медицині, системах безпеки, високопродуктивних обчислювальних системах та в багатьох інших областях.

Передача інформації у ВОЛЗ здійснюється за оптичним волокном (optical fiber). Для того щоб грамотно підійти до питання використання ВОЛЗ, важливо добре розуміти, що являє собою оптичне волокно як середовище передачі даних, які його основні властивості і характеристики, які бувають різновиди оптичних волокон. Саме цим базовим питанням теорії волоконно-оптичного зв'язку і присвячено цю статтю.

Структура оптичного волокна

Оптичне волокно(оптоволокно) - це хвилевід з круглим поперечним перерізом дуже малого діаметра (порівняний з товщиною) людського волосся), яким передається електромагнітне випромінювання оптичного діапазону. Довжини хвиль оптичного випромінювання займають область електромагнітного спектра від 100 нм до 1 мм, проте у ВОЛЗ зазвичай використовується ближній інфрачервоний (ІЧ) діапазон (760-1600 нм) і рідше видимий (380-760 нм). Оптичне волокно складається з серцевини (ядра) та оптичної оболонки, виготовлених із матеріалів, прозорих для оптичного випромінювання (рис. 1).

Рис. 1. Конструкція оптичного волокна

Світло поширюється оптоволокном завдяки явищу повного внутрішнього відбиття. Показник заломлення серцевини, що зазвичай має величину від 1,4 до 1,5, завжди трохи більше, ніж показник заломлення оптичної оболонки (різниця близько 1%). Тому світлові хвилі, що розповсюджуються в серцевині під кутом, що не перевищує деяке критичне значення, зазнають повного внутрішнього відображення від оптичної оболонки (рис. 2). Це випливає із закону заломлення Снелліуса. Шляхом багаторазових перевідбиття від оболонки ці хвилі поширюються по оптичному волокну.

Рис. 2. Повне внутрішнє відображення в оптичному волокні

На перших метрах оптичної лінії зв'язку частина світлових хвиль гасять одна одну внаслідок явища інтерференції. Світлові хвилі, які продовжують поширюватися в оптоволокні на значні відстані, називаються просторовими модами оптичного випромінювання Поняття моди описується математично за допомогою рівнянь Максвелла для електромагнітних хвиль, проте у разі оптичного випромінювання під модами зручно розуміти траєкторії поширення дозволених світлових хвиль (позначені чорними лініями на рис. 2). Поняття моди одна із основних теоретично волоконно-оптичного зв'язку.

Основні характеристики оптичного волокна

Здатність оптичного волокна передавати інформаційний сигнал описується за допомогою ряду геометричних та оптичних параметрів та характеристик, з яких найбільш важливими є згасання та дисперсія.

1. Геометричні параметри.

Крім співвідношення діаметрів серцевини та оболонки, велике значеннядля процесу передачі сигналу мають інші геометричні параметри оптоволокна, наприклад:

• некруглість (еліптичність) серцевини та оболонки, що визначається як різниця максимального та мінімального діаметрів серцевини (оболонки), поділена на номінальний радіус, виражається у відсотках;
• неконцентричність серцевини та оболонки - відстань між центрами серцевини та оболонки (рис. 3).

Рис 3. Некруглість та неконцентричність серцевини та оболонки

Геометричні параметри стандартизовані для різних типівоптичного волокна. Завдяки вдосконаленню технології виробництва значення некруглості та неконцентричності вдається звести до мінімуму, тому вплив неточності геометрії оптоволокна на його оптичні властивості виявляється несуттєвим.

(NA) - це синус максимального кута падіння променя світла на торець волокна, за якого виконується умова повного внутрішнього відбиття (рис. 4). Цей параметр визначає кількість мод, які розповсюджуються в оптичному волокні. Також величина числової апертури впливає на точність, з якою повинна проводитися стикування оптичних волокон один з одним та іншими компонентами лінії.

Рис 4. Числова апертура

3. Профіль показника заломлення.

Профіль показника заломлення - це залежність показника заломлення серцевини від поперечного радіуса. Якщо показник заломлення залишається однаковим у всіх точках поперечного перерізу серцевини, такий профіль називається східчастим . Серед інших профілів найбільшого поширення набув градієнтний профіль, у якому показник заломлення плавно збільшується від оболонки до осі (рис. 5). Крім цих двох основних, зустрічаються і складніші профілі.

Рис. 5. Профілі показника заломлення

4. Згасання (втрати).

Згасання - це зменшення потужності оптичного випромінювання у міру поширення оптичного волокна (вимірюється в дБ/км). Згасання виникає внаслідок різних фізичних процесів, що відбуваються у матеріалі, з якого виготовляється оптоволокно. Основними механізмами виникнення втрат в оптичному волокні є поглинання та розсіювання.

а) Поглинання . Внаслідок взаємодії оптичного випромінювання з частинками (атомами, іонами…) матеріалу серцевини частина оптичної потужності виділяється у вигляді тепла. Розрізняють власне поглинання , пов'язане з властивостями самого матеріалу, та домішкове поглинання , що виникає через взаємодію світлової хвилі з різними включеннями, що містяться в матеріалі серцевини (гідроксильні групи OH -, іони металів…).

б) Розсіювання світла, тобто відхилення від вихідної траєкторії поширення, відбувається на різних неоднорідностях показника заломлення, геометричні розміри яких менші або порівняні з довжиною хвилі випромінювання. Такі неоднорідності є наслідком наявності дефектів структури волокна ( розсіювання Мі ), так і властивостями аморфної (некристалічної) речовини, з якої виготовляється волокно ( релеївське розсіювання ). Релеєвське розсіювання є фундаментальною властивістю матеріалу та визначає нижню межу згасання оптичного волокна. Існують і інші види розсіювання ( Бріллюена-Мандельштама, Рамана), які виявляються при рівнях потужності випромінювання, що перевищують ті, що зазвичай використовуються в телекомунікаціях.

Розмір коефіцієнта згасання мають складну залежність від довжини хвилі випромінювання. Приклад такої спектральної залежності наведено на рис. 6. Область довжин хвиль з низьким згасанням називається вікном прозорості оптичного волокна. Таких вікон може бути кілька, і саме цих довжинах хвиль зазвичай здійснюється передача інформаційного сигналу.

Рис. 6. Спектральна залежність коефіцієнта згасання

Втрати потужності у волокні зумовлюються також різними зовнішніми чинниками. Так, механічні впливи (вигини, розтягування, поперечні навантаження) можуть призводити до порушення умови повного внутрішнього відображення на межі серцевини та оболонки та виходу частини випромінювання з серцевини. Певне впливом геть величину згасання надають умови довкілля (температура, вологість, радіаційний фон…).

Оскільки приймач оптичного випромінювання має деякий поріг чутливості (мінімальну потужність, яку повинен мати сигнал для коректного прийому даних), згасання є обмежуючим фактором для дальності передачі інформації по оптичному волокну.

5. Дисперсійні властивості.

Крім відстані, яку передається випромінювання по оптичному волокну, важливим параметром є швидкість передачі. Поширюючись волокном, оптичні імпульси поширюються в часі. При високій частоті проходження імпульсів на певній відстані від джерела випромінювання може виникнути ситуація, коли імпульси почнуть перекриватися в часі (тобто наступний імпульс прийде на вихід оптичного волокна раніше, ніж закінчиться попередній). Це явище зветься міжсимвольною інтерференцією (англ. ISI - InterSymbol Interference, див. рис. 7). Приймач обробить отриманий сигнал із помилками.

Рис. 7. Перекривання імпульсів, що викликає міжсимвольну інтерференцію: а) вхідний сигнал; б) сигнал, який пройшов деяку відстаньL1 по оптичному волокну; в) сигнал, що пройшов відстаньL2>L1.

Поширення імпульсу, або дисперсія , обумовлюється залежністю фазової швидкості поширення світла від довжини хвилі випромінювання, і навіть іншими механізмами (табл. 1).

Таблиця 1. Види дисперсії в оптичному волокні.

Назва	Короткий опис	Параметр
1. Хроматична дисперсія	Будь-яке джерело випромінює не одну довжину хвилі, а спектр довжин хвиль, що незначно відрізняються, які поширюються з різною швидкістю.	Коефіцієнт хроматичної дисперсії, пс/(нм*км). Може бути позитивним (спектральні складові з більшою довжиною хвилі рухаються швидше) та негативним (навпаки). Існує довжина хвилі з нульовою дисперсією.
а) Матеріальна хроматична дисперсія	Пов'язана із властивостями матеріалу (залежність показника заломлення від довжини хвилі випромінювання)
б) Хвильова хроматична дисперсія	Пов'язана з наявністю хвилеводної структури (профіль показника заломлення)
2. Міжмодова дисперсія	Моди поширюються різними траєкторіями, тому виникає затримка у часі їх поширення.	Ширина смуги пропускання ( bandwidth), МГц * км. Ця величина визначає максимальну частоту проходження імпульсів, коли він відбувається міжсимвольної інтерференції (сигнал передається без істотних спотворень). Пропускна здатність каналу (Мбіт/с) може чисельно відрізнятиметься від ширини смуги пропускання (МГц*км) залежно від способу кодування інформації.
3. Поляризаційна модова дисперсія, PMD	Мода має дві взаємно перпендикулярні складові (поляризаційні моди), які можуть поширюватись із різними швидкостями.	Коефіцієнт PMD, пс/√км. Тимчасова затримка через PMD, що нормується на 1 км.

Таким чином, дисперсія в оптичному волокні негативно позначається як на дальності, і швидкості передачі інформації.

Різновиди та класифікація оптичних волокон

Розглянуті властивості є спільними всім оптичних волокон. Однак описані параметри та характеристики можуть суттєво відрізнятися та надавати різний впливна процес передачі в залежності від особливостей виробництва оптоволокна.

Фундаментальним є розподіл оптичних волокон за такими критеріями.

1. Матеріал . Основним матеріалом для виготовлення серцевини та оболонки оптичного волокна є кварцове скло різного складу. Однак використовується велика кількість інших прозорих матеріалів, зокрема полімерні сполуки.
2. Кількість мод, що розповсюджуються . Залежно від геометричних розмірів серцевини та оболонки та величини показника заломлення в оптичному волокні може поширюватися лише одна (основна) або велика кількість просторових мод. Тому всі оптичні волокна ділять на два великі класи: одномодові та багатомодові (рис. 8).

Рис. 8. Багатомодове та одномодове волокно

На підставі цих факторів можна виділити чотири основні класи оптичних волокон, що набули поширення в телекомунікаціях:

1. (POF).
2. (HCS).

Кожному з цих класів присвячено окрему статтю на нашому сайті. Усередині кожного із цих класів також існує своя класифікація.

Виробництво оптичних волокон

Процес виготовлення оптичного волокна дуже складний і вимагає великої точності. Технологічний процес проходить у два етапи: 1) створення заготовки, що є стрижнем з обраного матеріалу зі сформованим профілем показника заломлення, і 2) витягування волокна у витяжній вежі, що супроводжується покриттям захисною оболонкою. Існує велика кількість різних технологій створення заготівлі оптичного волокна, розробка та вдосконалення яких відбувається постійно.

Практичне використання оптичного волокна як середовище передачі інформації неможливе без додаткового зміцнення та захисту. Волоконно-оптичний кабель називається конструкція, що включає одне або безліч оптичних волокон, а також різні захисні покриття, що несуть і зміцнюючі елементи, вологозахисні матеріали. По причині великої різноманітностіобластей застосування оптоволокна виробники випускають величезну кількість різних волоконно-оптичних кабелів, що відрізняються конструкцією, розмірами, використовуваними матеріалами і вартістю (рис. 9).

Рис.9. Волоконно-оптичні кабелі

3.3 ОПТИЧНЕ ВОЛОКНО

Можна виділити чотири основні явища в оптичному волокні, що обмежують характеристики систем WDM - це хроматична дисперсія, модична поляризація дисперсія першого і другого порядку і нелінійні оптичні ефекти.

3.3.1 Хроматична дисперсія

Важливою оптичною характеристикою скла, що використовується при виготовленні волокна, є дисперсія показника заломлення, що проявляється в залежності від швидкості поширення сигналу від довжини хвилі - матеріальна дисперсія. Крім цього, при виробництві одномодового волокна, коли кварцова нитка витягується зі скляної заготовки, тією чи іншою мірою виникають відхилення в геометрії волокна і в радіальному профілі показника заломлення. Сама геометрія волокна разом з відхиленнями від ідеального профілю також робить істотний внесок у залежність швидкості поширення сигналу від довжини хвилі, це - хвилеводна дисперсія.

Спільний вплив матеріальної та хвилеводної дисперсій називають хроматичною дисперсією волокна, рис. 3.16.

Рис.3.16 Залежність хроматичної дисперсії від довжини хвилі

Явище хроматичної дисперсії слабшає зі зменшенням спектральної ширини випромінювання лазера. Навіть якби можна було використовувати ідеальне джерело монохроматичного випромінювання з нульовою шириною лінії генерації, то після модуляції інформаційним сигналом відбулося спектральне розширення сигнал, і тим більше розширення, чим більше швидкість модуляції. Є й інші чинники, які призводять до спектрального розширення випромінювання, у тому числі можна назвати чирпирование джерела випромінювання.

Таким чином, вихідний канал представлений єдиною довжиною хвилі, а групою довжин хвиль у вузькому спектральному діапазоні - хвильовим пакетом. Так як різні довжини хвиль поширюються з різними швидкостями (або точніше, з різними груповими швидкостями), то оптичний імпульс, що має на вході лінії зв'язку строго прямокутну форму, в міру проходження по волокну ставатиме все ширше і ширше. При великому часі розповсюдження у волокні цей імпульс може змішатися з сусідніми імпульсами, ускладнюючи точне відновлення. Зі збільшенням швидкості передачі та довжини лінії зв'язку вплив хроматичної дисперсії зростає.

Хроматична дисперсія, як уже говорилося, залежить від матеріальної та хвилеводної складових. При деякій довжині хвилі о хроматична дисперсія звертається в нуль - цю довжину хвилі називають довжиною хвилі нульової дисперсії.

Одномодове кварцове волокно зі ступінчастим профілем показника заломлення має нульову дисперсію на довжині хвилі 1310 нм. Таке волокно часто називають волокном із незміщеною дисперсією.

Хвильоводна дисперсія в першу чергу визначається профілем показника заломлення серцевини волокна та внутрішньої оболонки. У волокні зі складним профілем показника заломлення, змінюючи співвідношення між дисперсією середовища проживання і дисперсією хвилеводу, можна лише змістити довжину хвилі нульової дисперсію, а й підібрати потрібну форму дисперсійної характеристики, тобто. форму залежності дисперсії від довжини хвилі

Форма дисперсійної характеристики є ключовою для систем WDM, особливо по волокну зі зміщеною дисперсією (Рек. ITU-T G.653).

Крім параметра λ o використовують параметр S o описує нахил дисперсійної характеристики на довжині хвилі λ o , рис. 3.17. У загальному випадку нахил на інших довжинах хвиль відрізняється від нахилу при довжині хвилі λ o . Поточне значення нахилу S o визначає лінійну складову дисперсії в околиці о .

Рис. 3.17 Основні параметри залежності хроматичної дисперсії від довжини хвилі: o - довжина хвилі нульової дисперсії та S o - нахил дисперсійної характеристики в точці нульової дисперсії

Хроматичну дисперсію τ chr(зазвичай вимірюється в пс) можна розрахувати за формулою

chr = D(λ) · Δτ · L,

де D(λ)- Коефіцієнт хроматичної дисперсії (пс / (нм * км)), а L- Протяжність лінії зв'язку (км). Зауважимо, що ця формула не точна у разі ультра вузькосмугових джерел випромінювання.

На рис. 3.18 окремо показані залежності хвилеводної дисперсії для волокна з незміщеною (1) та зміщеною (2) дисперсією та матеріальною дисперсією від довжини хвилі.

Рис. 3.18 Залежність дисперсії від довжини хвилі (хроматична дисперсія визначається як сума матеріальної та хвилеводної дисперсій.)

Хроматична дисперсія системи передачі чутлива до:
збільшення довжини та числа ділянок лінії зв'язку;
збільшення швидкості передачі (т.к. збільшується ефективна ширина лінії генерації джерела).

На неї меншою мірою впливають:
зменшення частотного інтервалу між каналами;
збільшення кількості каналів.

Хроматична дисперсія зменшується при:
зменшенні абсолютного значення хроматичної дисперсії волокна;
компенсації дисперсії

У системах WDM зі звичайним стандартним волокном (Рек. ITU-T G.652) хроматичної дисперсії слід приділяти особливу увагу, оскільки вона велика в області довжини хвилі 1550 нм.

Розрізняючий режим dispersion, який є пов'язаним з великим числом режимів в історичному каналі і хроматографічної диспропорції, з'єднаної з нерівномірністю світових джерел, що в даний час працює в певному діапазоні wavelengths.

Вважається, що propagation of the light beam along the multimode fiber. У цьому випадку існують два режими, дві гріхи. Перші довжини довжини longitudinal axis of fiber, while other is reflected from the interfaces of media. Таким чином, за дві секунди світла є величезний, ніж перший. Як результат, коли дві композиції, що забезпечують електромагнітну енергію, є пов'язаною з іншими, compared oblique beam with axial beam is time delay, which is calculated by following formula:

c– speed of light
l- Fiber length
n 1 , n 2– refractive indices of the core and shell

Gradient mode dispersion of optical fibers, зазвичай два orders magnitude lower than those fibers with step refractive index profile. До того, щоб помітно змінити рефракційний index of core optical fiber, скоротити дорожку з другого краю довжини fiber. Thereby reducing second time delay relative to the first beam.

Тендерна функція орієнтовного формату радіаційного режиму, а не збільшення в pulse duration визначається хроматографічною дисперсією, яка, в торні, відокремлена в матеріалі і waveguide.

p align="justify"> Material dispersion phenomenon називається absolute dependence of refractive index n material wavelength of light ( n =ϕ λ()). Waveguide dispersion coefficient is determined by the dependence of the phase β and of the frequency ( β=ϕ ω() ).

Pulse broadening due to chromatic dispersion is calculated using the formula:

m– pulse broadening due to material dispersion, ps;
τ B– broadening of the pulse due to the waveguide dispersion, ps;
∆λ – the spectral width of the radiation source, nm;
М(λ)- Coefficient of specific material dispersion, ps / nm · km;
В(λ)– a coefficient of the waveguide dispersion, ps/nm · km.

Сприяє ефекту матеріалу і тягнеться руйнування в одному-моделі волокна. Як висів від графа, зростання в wavelength dispersion of material decreases, і на wavelength of 1.31 m it becomes equal to zero. wavelength в цьому випадку вважається cero-дисперсія wavelength. At the same time more than 1.31 micron dispersion becomes negative. Unbiased waveguide dispersion of fibers є відносно малого рівня і є в range of positive numbers. У розвитку оптичного фільбу розриву-shifted, який базується на waveguide component, спрямований на відхилення для dispersion material до longer wavelengths, тобто, на 3-х transparentних window (λ = 1,55 m). Цей shift є спрямований на зменшення core diameter, збільшуючи Δ і використовуючи triangular shape of refractive index profile of core.

У propagation polarized light wave along the optical fiber polarization dispersion occurs. Світлий wave від standpoint of wave theory є постійним зміною magnetic and electric field vector which is perpendicular to propagation electromagnetic (light) waves. An example of a light wave може бути natural light whose direction of electric vector varies randomly. Якщо випромінювання є монохромними і векторами вирівняні з постійною frequency, вони можуть бути як сума двох mutually perpendicular components x і y. Ideal optical fiber is isotropic medium in which electromagnetic properties are the same in all directions, for example refractive indices. Media with different refractive indices in two ortogonal axes x and y are called birefringent. У цьому випадку, fiber remains один режим для двох ортогонально поляризованих режимів має саму propagation constant. Але це є true тільки для ideal optical fiber.

У справжньому оптичному фібері два ортогонально поляризовані режими мають неidentical propagation constants, так що вони є вчасними дійствами і broadening of optical pulse.

Швидкість pulse due to polarization mode dispersion (PMD) is calculated as follows:

Там,поляризація режиму dispersion є лише в єдиному-моді оптичних волокон з нейтральними арки (еліптичні) core and, під певними умовами, як і хроматичне. Там, внаслідок dispersion single mode optical fiber is determined by the following formula:

Розбіжність значною мірою межі товщини оптичних fibers. Максимальна кількість довжини на оптичній лінії 1 km вимірюється відповідно до формули:

τ - pulse broadening, ps/km.

Хроматична дисперсія складається з матеріальної та хвилеводної складових і має місце при поширенні як в одномодовому, так і багатомодовому волокні. Однак найвиразніше вона проявляється в одномодовому волокні, через відсутність міжмодової дисперсії.

Матеріальна дисперсія обумовлена ​​залежністю показника заломлення волокна від довжини хвилі. У вираз дисперсії одномодового волокна входить диференціальна залежність показника заломлення від довжини хвилі.

Хвильова дисперсія обумовлена ​​залежністю коефіцієнта поширення моди від довжини хвилі

де введені коефіцієнти M(l) і N(l) - питома матеріальна та хвилеводна дисперсії відповідно, а Dl(нм) - розширення довжини хвилі внаслідок некогерентності джерела випромінювання. Результуюче значення коефіцієнта питомої хроматичної дисперсії визначається як D(l) = M(l) + N(l). Питома дисперсія має розмірність пс/(нм*км). Якщо коефіцієнт хвилеводної дисперсії завжди більший за нуль, то коефіцієнт матеріальної дисперсії може бути як позитивним, так і негативним. І тут важливим є те, що при певній довжині хвилі (приблизно 1310 ± 10 нм для східчастого одномодового волокна) відбувається взаємна компенсація M(l) та N(l), а результуюча дисперсія D(l) перетворюється на нуль. Довжина хвилі, коли це відбувається, називається довжиною хвилі нульової дисперсії l0. Зазвичай вказується деякий діапазон довжин хвиль, у межах яких може змінюватись l0 для даного конкретного волокна.

Фірма Corning використовує наступний метод визначення питомої хроматичної дисперсії. Вимірюються затримки часу при поширенні коротких імпульсів світла у волокні довжиною щонайменше 1 км. Після отримання вибірки даних для кількох довжин хвиль з діапазону інтерполяції (800-1600 нм для MMF, 1200-1600 нм для SF і DSF), робиться повторна вибірка вимірювання затримок на тих же довжинах хвиль, але тільки короткому еталонному волокні (довжина 2 м ). Часи затримок, отриманих на ньому, віднімаються з відповідних часів, отриманих на довгому волокні, щоб усунути систематичну помилку.

Для одномодового ступінчастого та багатомодового градієнтного волокна використовується емпірична формула Селмейєра (Sellmeier, ): t(l) = A + Bl2 + Cl-2. Коефіцієнти A, B, C є підгоночними, і вибираються так, щоб експериментальні точки краще лягали на криву t(l). Тоді питома хроматична дисперсія обчислюється за такою формулою:

де l0 = (C/B)1/4 - довжина хвилі нульової дисперсії (zero dispersion wavelength), новий параметр S0 = 8B - нахил нульової дисперсії (zero dispersion slope, його розмірність пс/(нм2*км)), а l - робоча довжина хвилі, на яку визначається питома хроматична дисперсія.

а) багатомодового градієнтного волокна (62,5/125)

б) одномодового ступінчастого волокна (SF)

в) одномодового волокна зі зміщеною дисперсією (DSF)

Стаття на тему

Тактуючі пристрої. Тригери
Ця роботаприсвячена розгляду ролі тригерів у цифрових пристроях. У всіх сучасних комп'ютерах застосовується логічна система, винаходи Джорджем Булем. З розвитком електроніки виник такий клас електронної техніки, як цифрова. Цифрова техніка включає такі пристрої.